进程、线程
进程(Process) 是程序的运行实例。例如,一个运行的 Eclipse 就是一个进程。进程是程序向操作系统申请资源(如内存空间和文件句柄)的基本单位。线程(Thread)是进程中可独立执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程。进程和线程的关系,好比一个营业中的饭店与其正在工作的员工之间的关系。
1.1 线程的创建、启动与运行
在 Java 中实现多线程主要用两种手段,一种是继承 Thread 类,另一种就是实现 Runnable 接口。(当然还有 Callable 和线程池)。下面我们就分别来介绍这两种方式的使用,其他请关注此博客下文。
(1).继承 Thread 的类
public class PrimeThread extends Thread{
//线程执行体
@Override
public void run(){
for(int i = 0; i < 100; i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
//新建一个线程
PrimeThread p1 = new PrimeThread();
//启动一个线程
p1.start();
PrimeThread p2 = new PrimeThread();
p2.start();
for(int i = 0; i < 100; i++ ){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
}
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(2).实现 Runnable 接口
public class Ticket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + --ticket);
}
}
}
public class TestThread2 {
public static void main(String[] args) {
Ticket ticket = new Ticket();
//虽然是实现了Runnable接口 本质上只是实现了线程执行体 启动工作还是需要Thread类来进行
Thread t1 = new Thread(ticket,"售票窗口一");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(ticket,"售票窗口二");
t2.start();
Thread t3 = new Thread(ticket,"售票窗口三");
t3.start();
}
}
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两种实现方式的对比:
1.从面向对象编程角度看:第一种创建方式(继承 Thread 类) 是一种基础继承的技术,第二种创建方式(以 Runnable 接口实例为构造器参数直接通过 new 创建 Thread 实例)是一种基础组合的技术。方式二不仅会避免单继承的尴尬,也会降低类与类之间的耦合性。
2.从对象共享角度看:第二种创建方式意味着多个线程实例可以共享同一个 Runnable 实例。而第一种方式则需要依赖 static 关键字来完成操作。
1.2 线程的控制
Java 的调度方法
同优先级线程组成先进先出队列(先到先服务),使用时间片策略
对高优先级,使用优先调度的抢占式策略
Thread 类的相关方法:
sleep(long millis) : 是 Thread 类中的静态方法,使当前线程进入睡眠状态
join() / join(long millis) : 是一个实例方法,使当前线程进入阻塞状态
interrupt() : 中断阻塞状态的线程
isAlive() : 判断当前线程是否处于存活状态
yield() : 线程让步
public class TestThread3 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i < 100;i++){
if(i % 2 == 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
},"线程1");
t1.start();
//线程1在 sleep之前就执行完了
t1.sleep(10000);
//join方法 迫使t2 必须等线程1 执行完 才能执行 然而 t1输出完自己的 睡着了 t2被迫等了10秒
t1.join();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 1; i < 100;i++){
if(i % 2 != 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i);
}
}
}
},"线程2");
t2.start();
}
}
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1.3 线程的同步
线程同步:模拟售票程序,实现三个窗口同时售票 100 张 (1.1 案例)
问题:当三个窗口同时访问共享数据时,产生了无序、重复、超额售票等多线程安全问题
解决:将需要访问的共享数据“包起来”,视为一个整体,确保一次只能有一个线程执行流访问该“共享数据”
Java 给上述问题提供了几种相应的解决方法
(1).同步代码块
synchronized(同步监视器){
//需要访问的共享数据
}
同步监视器 : 俗称“锁”,可以使用任意对象的引用充当,注意确保多个线程持有同一把锁(同一个对象)
(2).同步方法
同步方法 : 在方法声明处加 synchronized. 注意:非静态同步方法隐式的锁 ---- this
例如:
public synchronized void show(){}
(3).同步锁
同步锁 : Lock 接口
同步代码块
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
//使用同步代码块
synchronized (this) {
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" + --ticket);
}
}
}
}
}
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同步方法:
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while(true){
//使用同步代码块
sale();
}
}
public synchronized void sale(){
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" +
--ticket);
}
}
}
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同步锁
public class SafeTicket implements Runnable{
private int ticket = 100;
private Lock l = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
while(true){
l.lock();
try {
if(ticket > 0){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成售票,余票:" +
--ticket);
}
} finally {
l.unlock();//释放锁
}
}
}
}
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死锁
死锁 是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于 死锁 状态或系统产生了 死锁 ,这些永远在互相等待的进程称为 死锁 进程
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args) {
final StringBuffer s1 = new StringBuffer();
final StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s1) {
s2.append("A");
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s2.append("B");
System.out.print(s1);
System.out.print(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread() {
public void run() {
synchronized (s2) {
s2.append("C");
synchronized (s1) {
s1.append("D");
System.out.print(s2);
System.out.print(s1);
}
}
}
}.start();
}
}
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1.4 线程的通信
在 java.lang.Object 类中:
wait() : 使当前“同步监视器”上的线程进入等待状态。同时释放锁
notify() / notifyAll() : 唤醒当前“同步监视器”上的(一个/所有)等待状态的线程
注意:上述方法必须使用在同步中
场景 1:使用两个线程打印 1-100 线程 1 和线程 2 交替打印
public class MyThread implements Runnable{
int i = 0;
@Override
public void run() {
while(true){
synchronized (this) {
this.notify();
if(i <= 100){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "=" + i++);
}
try {
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
}
public class TestThread4 {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(myThread,"线程1");
Thread t2 = new Thread(myThread,"线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
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经典例题:生产者/消费者问题
生产者(Productor)将产品交给店员(Clerk),而消费者(Customer)从店员处取走产品,
店员一次只能持有固定数量的产品(比如:20),如果生产者试图生产更多的产品,店员会叫生产者停一下,
如果店中有空位放产品了再通知生产者继续生产;
如果店中没有产品了,店员会告诉消费者等一下,如果店中有产品了再通知消费者来取走产品。
public class TestProduct {
public static void main(String[] args) {
Clerk clerk = new Clerk();
Productor pro = new Productor(clerk);
Customer cus = new Customer(clerk);
new Thread(pro).start();
new Thread(cus).start();
}
}
// 店员
class Clerk {
private int product;
// 进货
public synchronized void getProduct() {
if (product >= 20) {
System.out.println("产品已满!");
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
} else {
System.out.println("生产者生产了第" + ++product + " 个产品");
notifyAll();
}
}
// 卖货
public synchronized void saleProduct() {
if (product <= 0) {
System.out.println("缺货!");
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
} else {
System.out.println("消费者消费了第" + --product + " 个产品");
notifyAll();
}
}
}
// 生产者
class Productor implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Productor() {
}
public Productor(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
public Clerk getClerk() {
return clerk;
}
public void setClerk(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
clerk.getProduct();
}
}
}
// 消费者
class Customer implements Runnable {
private Clerk clerk;
public Customer() {
}
public Customer(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
public Clerk getClerk() {
return clerk;
}
public void setClerk(Clerk clerk) {
this.clerk = clerk;
}
@Override
public String toString() {
return "Customer [clerk=" + clerk + "]";
}
@Override
public void run() {
while(true){
clerk.saleProduct();
}
}
}
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